家用运动健身器械设计（全套含CAD图纸）

西安文理学院本科毕业论文( 设计)开题报告论文（设计）题目 家用运动健身器械设计学生姓名 学号 指导教师 一、选题研究意义随着经济的发展和人民生活水平的迅速提高，人们的健康意识逐渐增强,健身也成为人们日常生活中的重要组成部分。然而在日常生活中难免会因为这样或那样的原因无法进行户外锻炼。健身器的出现尤其是室内健身器材起到了足不出户也可锻炼身体的作用。二、国内外现状一个国家的体育消费水平决定了该国的体育市场的发展程度。世界许多经济发达的国家家庭的体育消费都十分可观。英国家庭体育消费为 130 亿美元，意大利为 94 亿美元，西班牙为 81 亿美元，德国为 640 亿马克。1996 年法国家庭提与消费为 462 亿法郎，占整个体育消费的 49%。相比之下我国的体育消费就很低了，据国家体育总局公布的2001 年中国群体体育现状调查报告 ，我国城乡居民以家庭为单位全年体育消费平均为 397.42 元，其中用于购买家庭健身器械平均为 92.09 元 ，表明我国庭健身器械的市场消费水平很低。从一个国家的人口总数和家庭所拥有的健身器械的比例来看，美国人口 2.81 亿，其跑步机一年的销量为300 万台;韩国人口 4600 多万。2002 年跑步机销量为 100 万台;而中国拥有 13 亿，跑步机一年的销量仅在 20 万台左右，目前跑步机在中国家庭的普及率仅为 1%。虽然近年来，我国对于家庭健身器械的消费有所增长，但相比国外发达国家的家庭拥有量，还有很大的距离。从国际视角比较来看我国在体育产值，体育消费水平及体育产业吸纳就业人口比重三个方面，与西方发达国家都存在较大的差距，这些问题直接或间接的反映了当前我国体育市场整体上还处于起步和初级发展阶段，近你那来家庭健身器械的总销售额虽有增长，却非常缓慢，同时也预示着家庭健身器械领域市场开拓的潜力巨大。我国家庭健身器发展主要存在:有效需求不足，健身器械市场主体不成熟，家庭健身器发展的市场机遇这些问题。三、研究目的目前，市场上销售的各类家用健身器功能都比较单一，在功能多样化与价格方面往往不能兼得。市面上最常见的跑步机给了人们在雨雪天气进行有氧运动的机会，可以有效的提高人们的心肺能力。但是跑步机的价格昂贵，而且只能做到下肢锻炼。因此，一款具有多种功能于一体，同时又物美价廉、设计科学的家用健身器必将受到市场欢迎。四、研究内容结合有氧运动或力量锻炼需要，设计一室内家庭用健身器械，可根据个人情况，可调节运动频率和幅度以及负重等多种功能。五、研究方法结合设计课题进行文献检索;研究家用运动健身器械的技术条件及其结构；确定家用运动健身器械的基本结构；对主要零件进行设计计算和校核；绘制家用运动健身器械的装配图，绘制主要零件的工作图；按照规范格式撰写毕业设计说明书。6、论文提纲标题：家用运动健身器械设计第一章 绪论1.1 家用运动健身器械的意义和目的1.2 国内外发展现状第二章 功能分析与结构设计2.1 设计目的及要求2.2 功能设计2.3 总体结构设计2.4 各模块设计2.5 本章小结第三章 主要机构的设计计算和校核3.1 基本参数设定3.2 受力分析计算3.3 零件设计和校核3.4 本章小结 第四章 三维仿真设计4.1 三维结构建模4.2 主要机构三维仿真运动4.3 主要机构的有限元分析4.4 本章小结 结束语参考文献七、预期效果(1)2 张以上 A1 设计图纸; (2)设计论文一份(1 万字以上)八、条件保障1.学院有对这方面进行过比较深入了解的老师与学长;2.本人有一定的专业知识和模具设计经验;3.有一定的参考资料。九、存在问题及解决方案1.存在的问题（1）根据机械设计 、 材料力学 、 人机工程学等知识，对家用健身器械的结构形式、作用特点、受力方式等问题进行分析，设计家用运动器械。（2）根据力学和机械基础知识对主要机构进行受力分析并进行强度校核；（3）运用 AutoCAD、creo 与 ug 进行零件的设计与制图；2.解决方案（1）积极得到图书馆、网上查找所需要的材料进行学习；（2）多向指导老师请教。主要参考文献西安文理学院本科毕业论文( 设计)1 濮良贵，陈国定，吴立言主编. 机械设计.第九版M. 北京:高等教育出版社, 2013. 2 杨可桢, 程光蕴, 李仲生主编. 机械设计基础M. 北京: 高等教育出版社, 2006. 3 白清顺，孙靖民，梁迎春主编.机械优化设计M.机械工业出版社，2017.4 江冬冬 , 张舵, 肖云. 家用可折叠多功能健身器的设计J. 科协论坛, 2012(4): 115-116.5 黄青红, 张书, 曹亚萍. 浅谈绿色家用多功能健身器的设计J. 中国高新企业, 2013(28):24-25.6罗红萍, 唐新标, 吴明泰. 一种家用环保健身器的设计J. 机械工程与自动化, 2013(3):32-34.7王东峰. 一种家用健身器材结构优化研究.科技风J，2017（3）：167-167.8何秀. 仿生设计在健身器设计中的应用J. 科技信息, 2012(5): 21-22.9Feng Yang. Dynamic gait stability of treadmill versus overground walking in young adultsJ. Journal of Electromyography and Kinesiology,2016,31:81.指导教师意见及建议（从选题、理论与实证准备、研究（设计）方法、工作安排等方面给出评价，并提出指导意见）：对课题有基本的认识和了解，有了初步的设计思路，后期还需进一步深入细化。同意开题。指导教师签名： 年 月 日毕业论文工作组意见及建议准予开题毕业论文工作组组长签字： 年 月 日注：1.此表由学生填写后，交指导教师签署意见，经毕业论文（设计）工作组审批后，才能开题。2.此表随毕业论文装订并由学院存档。分类号 单位代码 密 级 学 号 本科毕业论文（设计）题 目 家用运动健身器械设计作 者院 (系)专业班级学 号指导教师答辩日期任务书题 目 家用运动健身器械设计题目来源 教师自拟学生姓名 学 号 专业班级指导教师 职 称 教 研 室毕业论文（设计）任务与要求结合有氧运动或力量锻炼需要，设计一室内家庭用健身器械，可根据个人情况，可调节运动频率和幅度以及负重等多种功能。设计要求：1.研究家用运动健身器械的技术条件及其结构；2.确定家用运动健身器械的基本结构；3.对主要零件进行设计计算和校核；4.绘制家用运动健身器械的装配图，绘制主要零件的工作图；5.完成不少于 1000 英文单词的外文翻译；6.撰写不少于 10000 字的毕业论文。毕业论文（设计）工作进程起止时间 工作内容查（借）阅资料文献，学习家用运动健身器械设计理论和方法，了解所设计的器械结构；撰写开题报告，对开题报告按批注进行修改；拟定总体设计方案，绘制简图；拟定传动方案及绘制运动简图，对传动装置进行设计计算；对家用运动健身器械各功能部件结构进行设计；进行中期检查，提交中期检查表；用三维设计软件设计家用运动健身器械，绘图装配图以及主要零件的工作图；撰写毕业论文，完成初稿；指导教师审阅、评阅教师评阅、论文查重；完善设计及论文，论文定稿；整理资料准备答辩。指导教师（签字） 毕业论文工作组组长（签字） 学生（签字） 毕业论文（设计）起止时间：2017 年 12 月 27 日至 2018 年 5 月 25 日 注：本表于每学年第 1 学期 18 周，经毕业论文工作组审批，随毕业论文装订由学院存档。开题报告论文（设计）题目 家用运动健身器械设计学生姓名 学号 指导教师 一、选题研究意义随着经济的发展和人民生活水平的迅速提高，人们的健康意识逐渐增强,健身也成为人们日常生活中的重要组成部分。然而在日常生活中难免会因为这样或那样的原因无法进行户外锻炼。健身器的出现尤其是室内健身器材起到了足不出户也可锻炼身体的作用。二、国内外现状一个国家的体育消费水平决定了该国的体育市场的发展程度。世界许多经济发达的国家家庭的体育消费都十分可观。英国家庭体育消费为 130 亿美元，意大利为 94 亿美元，西班牙为 81 亿美元，德国为 640 亿马克。1996 年法国家庭提与消费为 462 亿法郎，占整个体育消费的 49%。相比之下我国的体育消费就很低了，据国家体育总局公布的2001 年中国群体体育现状调查报告 ，我国城乡居民以家庭为单位全年体育消费平均为 397.42 元，其中用于购买家庭健身器械平均为 92.09 元 ，表明我国庭健身器械的市场消费水平很低。从一个国家的人口总数和家庭所拥有的健身器械的比例来看，美国人口 2.81 亿，其跑步机一年的销量为300 万台;韩国人口 4600 多万。2002 年跑步机销量为 100 万台;而中国拥有 13 亿，跑步机一年的销量仅在 20 万台左右，目前跑步机在中国家庭的普及率仅为 1%。虽然近年来，我国对于家庭健身器械的消费有所增长，但相比国外发达国家的家庭拥有量，还有很大的距离。从国际视角比较来看我国在体育产值，体育消费水平及体育产业吸纳就业人口比重三个方面，与西方发达国家都存在较大的差距，这些问题直接或间接的反映了当前我国体育市场整体上还处于起步和初级发展阶段，近你那来家庭健身器械的总销售额虽有增长，却非常缓慢，同时也预示着家庭健身器械领域市场开拓的潜力巨大。我国家庭健身器发展主要存在:有效需求不足，健身器械市场主体不成熟，家庭健身器发展的市场机遇这些问题。三、研究目的目前，市场上销售的各类家用健身器功能都比较单一，在功能多样化与价格方面往往不能兼得。市面上最常见的跑步机给了人们在雨雪天气进行有氧运动的机会，可以有效的提高人们的心肺能力。但是跑步机的价格昂贵，而且只能做到下肢锻炼。因此，一款具有多种功能于一体，同时又物美价廉、设计科学的家用健身器必将受到市场欢迎。四、研究内容结合有氧运动或力量锻炼需要，设计一室内家庭用健身器械，可根据个人情况，可调节运动频率和幅度以及负重等多种功能。五、研究方法结合设计课题进行文献检索;研究家用运动健身器械的技术条件及其结构；确定家用运动健身器械的基本结构；对主要零件进行设计计算和校核；绘制家用运动健身器械的装配图，绘制主要零件的工作图；按照规范格式撰写毕业设计说明书。6、论文提纲标题：家用运动健身器械设计第一章 绪论1.1 家用运动健身器械的意义和目的1.2 国内外发展现状第二章 功能分析与结构设计2.1 设计目的及要求2.2 功能设计2.3 总体结构设计2.4 各模块设计2.5 本章小结第三章 主要机构的设计计算和校核3.1 基本参数设定3.2 受力分析计算3.3 零件设计和校核3.4 本章小结 第四章 三维仿真设计4.1 三维结构建模4.2 主要机构三维仿真运动4.3 主要机构的有限元分析4.4 本章小结 结束语参考文献七、预期效果(1)2 张以上 A1 设计图纸; (2)设计论文一份(1 万字以上)八、条件保障1.学院有对这方面进行过比较深入了解的老师与学长;2.本人有一定的专业知识和模具设计经验;3.有一定的参考资料。九、存在问题及解决方案1.存在的问题（1）根据机械设计 、 材料力学 、 人机工程学等知识，对家用健身器械的结构形式、作用特点、受力方式等问题进行分析，设计家用运动器械。（2）根据力学和机械基础知识对主要机构进行受力分析并进行强度校核；（3）运用 AutoCAD、creo 与 ug 进行零件的设计与制图；2.解决方案（1）积极得到图书馆、网上查找所需要的材料进行学习；（2）多向指导老师请教。主要参考文献1 濮良贵，陈国定，吴立言主编. 机械设计.第九版M. 北京:高等教育出版社, 2013. 2 杨可桢, 程光蕴, 李仲生主编. 机械设计基础M. 北京: 高等教育出版社, 2006. 3 白清顺，孙靖民，梁迎春主编.机械优化设计M.机械工业出版社，2017.4 江冬冬 , 张舵, 肖云. 家用可折叠多功能健身器的设计J. 科协论坛, 2012(4): 115-116.5 黄青红, 张书, 曹亚萍. 浅谈绿色家用多功能健身器的设计J. 中国高新企业, 2013(28):24-25.6罗红萍, 唐新标, 吴明泰. 一种家用环保健身器的设计J. 机械工程与自动化, 2013(3):32-34.7王东峰. 一种家用健身器材结构优化研究.科技风J，2017（3）：167-167.8何秀. 仿生设计在健身器设计中的应用J. 科技信息, 2012(5): 21-22.9Feng Yang. Dynamic gait stability of treadmill versus overground walking in young adultsJ. Journal of Electromyography and Kinesiology,2016,31:81.指导教师意见及建议（从选题、理论与实证准备、研究（设计）方法、工作安排等方面给出评价，并提出指导意见）：对课题有基本的认识和了解，有了初步的设计思路，后期还需进一步深入细化。同意开题。指导教师签名： 年 月 日毕业论文工作组意见及建议准予开题毕业论文工作组组长签字： 年 月 日注：1.此表由学生填写后，交指导教师签署意见，经毕业论文（设计）工作组审批后，才能开题。2.此表随毕业论文装订并由学院存档。中期检查表论文（设计）题目家用运动健身器械设计学生姓名汪凡学号指导教师周毓明计划完成时间2018 年 4 月 9 日按照进度安排应完成的任务2017.12.272017.12.27 查（借）阅资料文献，学习家用运动健身器械设计理论和方法，了解所设计的器械结构；2017.12.272017.12.29 撰写开题报告，对开题报告按批注进行修改；寒假 拟定总体设计方案，绘制简图；2018.2.262018.3.11 拟定传动方案及绘制运动简图，对传动装置进行设计计算；2018.3.122018.3.25 对家用运动健身器械各功能部件结构进行设计；实际完成情况通过查阅资料了解到了课题的设计重点和注意事项，具备了初步的设计思路。按时完成了开题报告。 通过深入的了解资料，以及在网上查阅相关的参考文献，确定了家用运动健身的结构，并完成了主要机构的计算和校核，以及一部分零件的三维建模。目前有哪些问题和困难，拟采取的解决方法在对运动健身器械结构进行设计时，需要分析最优化的结构并正确计算，确保零件精度和安全性，材料的选择，必须确保满足工作条件，能够满足日常工作需求。 需要在设计过程中充分考虑到各种因素会造成的影响。(以上栏目由学生填写)检查中发现的问题与建议前期毕业设计工作抓得不紧，设计方案论证不够充分，需补充必要的具体设计条件，使得设计工作能顺利展开。总体进度滞后，没有按工作计划，完成相应的中期任务。后期需迎头赶上，及时完成阶段性任务。毕业论文工作组组长签名： 年 月 日注：1.最后一栏由指导教师填写。2.此表随毕业论文装订并由学院存档。指导教师评分表学院：机械与材料工程学院专业班级： 学生姓名：毕业论文题目 家用运动健身器械设计评 价 项 目（参考） 分值 打分01 工作态度，工作作风工作态度 02 毕业论文完成情况 20 15.003 查阅文献资料能力04 综合运用知识能力05 研究方案的设计能力06 研究方法和手段的运用能力能力水平07 外文应用能力40 32.008 文题相符程度09 写作水平10 写作规范程度11 篇幅，论文工作量论文质量12 论文的理论或实际价值40 31.0综合评定成绩 78.0评价意见该生在毕业设计期间，能收集和查阅文献资料，借鉴参考文献，运用所学知识，完成了一款用于家庭的健身车的设计。论文层次结构不尽合理，内容不够充实，格式不够规范。同意参加答辩。是否同意答辩 同意指导教师（签名）： 年 月 日注：此表随毕业论文装订并由学院存档。评阅教师评分表学院：机械与材料工程学院专业班级： 学生姓名：毕业论文题目 家用运动健身器械设计评 价 项 目（参考） 分值 打分01 查阅文献资料能力02 综合运用知识能力03 研究方案的设计能力04 研究方法和手段的运用能力能力水平05 外文应用能力50 39.006 文题相符程度07 写作水平08 写作规范程度09 篇幅，论文工作量论文质量10 论文的理论或实际价值50 34.0综合评定成绩 73.0评价意见本文作者设计一款用于家庭的健身车，对健身车的主要机械结构和传动机构进行了研究和校验。详细给出了设计方案、图纸、计算过程和校验结果，合理的应用了所学的机械原理和机械设计的知识。论文观点正确、论据充分、论证方法正确，可以用来指导实际，有较强的利用价值和现实意义。叙述语言规范、流畅；格式规范；计算机绘制的图形规范，图文齐全规范。但论文摘要过于简单，未突出本论文工作的特点。论文结构不太合理，除第四章外，其余章节内容单薄，建议调整各章节的内容。是否同意答辩 同意评阅教师（签名）： 年 月 日注：此表随毕业论文装订并由学院存档。答辩及成绩评定表学生姓名 学号 专业名称答辩时间 答辩地点 指导教师题 目 家用运动健身器械设计 记录人姓 名 职 称 姓 名 职 称答辩小组成 员提问及回答情况记录（34 个主要问题）：1. 健身器材与地面之间的连接？答：健身器械不与地面之间连接，车架后轮与骑行台连接，通过与骑行台之间的滚动来模拟在底面上的骑行，而骑行台的材质可以进行更换来改变阻尼。2. 棘轮的双向运转如何实现？答：棘轮只能够进行单向间歇运动，而在我设计中有一左一右两个棘轮，分别来进行逆时针和顺时针转动，带动齿轮的转动。记录人签字：年 月 日答辩小组评语及成绩：该生在答辩过程中，思路清晰，表达顺畅，内容充实，回答问题准确，具备了一定的知识综合应用能力。答辩小组组长签字： 年 月 日指导教师成绩 78 40% =31.2评阅教师成绩 73 20% =14.6答辩成绩 80 40% = 32毕业论文总评成绩77.8 论文 等级 中等毕业论文工作组意见：毕业论文工作组组长签名： 年 月 日注：1、总评成绩=指导教师成绩40%评阅教师成绩20%答辩成绩40%。2、论文等级分优秀（90 分） 、良好（80-89 分） 、中等（70-79 分） 、及格（60-69 分） 、不及格（60 分） 。3、此表随毕业论文装订并由学院存档 毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计） ，是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰 写 过 的研 究 成 果 。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人毕业论文（设计）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。论 文 作 者 签 名 : 年 月 日I摘要随着经济的发展和人民生活水平的迅速提高，人们的健康意识逐渐增强,健身也成为人们日常生活中的重要组成部分。然而在日常生活中难免会因为这样或那样的原因无法进行户外锻炼。健身器的出现尤其是室内健身器材起到了足不出户也可锻炼身体的作用。在本次设计中，通过研究健身器械的技术条件及结构，确定家用运动健身器械的基本结构，对主要零件进行设计计算和校核。最终，完成了健身车的设计，使人们能够在家里就可以锻炼身体。关键词：家用；健身车；腿部锻炼；家用运动健身器械设计IIAbstractWith the development of economy and the rapid improvement of peoples living standard, peoples health awareness is gradually enhanced, and fitness has become an important part of Peoples Daily life. However, in daily life, it is inevitable that you will not be able to exercise outdoors for one reason or another. The appearance of fitness equipment especially indoor fitness equipment has played the role of indoor and outdoor exercise. In this design, by studying the technical condition and structure of the fitness equipment, the basic structure of the household exercise equipment is determined, and the main parts are designed, calculated and checked. Finally, complete the design of the fitness car so that people can exercise at home.Key words: Household; A stationary bike. The leg exercise III摘 要 .IAbstract.II第 1 章 绪 论 .1第 2 章 健 身 器 械 的 现 状 与 发 展 .22.1 健身器械的产生与发展过程 .22.1.1 健身器械的产生 .22.1.2 健身器械的发展 .2第 3 章 健 身 运 动 的 分 析 .43.1 下肢锻炼的重要性 .43.3 健身车的特点 .4第 4 章 健 身 车 的 设 计 计 算 与 说 明 .64.1 健身车可行性分析 .64.2 健身车的要求 .74.3 健身车各部分的设计与计算 .74.3.1 车架的设计与计算 .74.3.2 动力装置 .94.3.3 其余辅助装置的设计计算 .13第 5 章 健 身 车 安 装 测 试 说 明 .235.1 齿轮组安装说明 .235.2 健身车的测试 .23结 论 .24致 谢 .25参 考 文 献 .26附 录 .271第 1 章 绪 论随着我国改革开放以来，国内的经济发展很快，人们的生活水平也在不断地上升，接近国际水平，但是和国际水平还有一定的差距。生活水平提高了，那么人们就会对生活质量有着更加高的盼望。希望能够有更多的方式来让自己得而生活可以更精彩，更加丰富一些了，健身在国外已经是一个平民化的运动了，但是在我国的发展还是比较慢，没有那么普及。目前我国多数都是老年人才开始退休后做一些休闲运动来锻炼身心，年轻人因为工作的压力和快节奏的生活方式，对健身的想法并不是更高，主要还是因为我国的国情影响着。健身器械的起源，最早要从上个世纪七十年代的美国说起，那个时候的美国人，对健身的欲望比较强烈，发明了许多的健身器械，并且把健身的范围从室内运动发展到了室外，大大扩大了健身的环境。这样人们就可以在任何时候任何场所都能轻易的找到健身器械来锻炼身体。经过多年的发展以后，美国在健身器械方面的发展和研究已经成为全世界范围的领跑者了，对健身器械这个行业也大大的刺激着，随着健身器械行业的营销推广，使得健身这个活动在全世界都慢慢普及起来了。然而我们国家呢，是在上个世纪九十年代的时候，才开始普及起来，那个时候才有一些思想开放的企业家，开始对健身器械的开发和生产进行推广经营。我国也就是在那个时候才开始了健身器械的发展。目前健身器械的使用范围，都是固定在一些特定环境下的安装的，比如健身馆啦，体育场，一少部分家庭还会买一些健身设备在家里进行锻炼。虽然这样的健身环境能够让人们去锻炼，但是因为环境的因素，并不是每个人都能够得到锻炼的机会，这就大大的影响了人家对健身的兴趣。针对这个问题，我就打算设计一款新型的健身器械，结构要比较简单，能够满足大部分人们对健身的需求，价格经济实惠，广大市民都能够接受的健身踏板车。这样的踏板车能够在广场、家庭、学校和一些人们休闲的地方安置，方便人们能够轻易的就去锻炼，不用因为场地，费用等因素困扰大家对锻炼的心情。在设计这款健身踏板车的时候，需要对机械运动的原理要有一定的了解，还有人体工程学方面的设计，并且还有带有创新设计，才可以吸引人们对它的使用。家用运动健身器械设计2第 2 章 健身器械的现状与发展2.1 健身器械的产生与发展过程2.1.1 健身器械的产生当健身器械发明以来，为人们的锻炼身体提高了一个层次和环境，人们可以不用因为外界环境的影响，比如狂风下雨，距离远不方便出行等原因，不能够去锻炼。健身器械能够在任何地方安置，甚至在自己家里就可以得到锻炼了。室内健身器械的出现使人们在不宜外出的时候也可以起到锻炼的作用。2.1.2 健身器械的发展一个国家体育市场的发展程度取决于这个国家在体育上的消费。世界上许多发达国家的体育消费都十分可观。英国家庭在体育上消费高达一百三十亿美元，意大利是九十四亿美元，西班牙是八十一亿美元。1996 年法国家庭体育消费达到了四百六十二亿法郎，占了整个体育消费的百分之四十九。相比之下，我国在体育上的消费就非常低，据国家体育总局公布的2001 年中国群体体育现状调查报告 ，我国居民以家庭为单位全年体育消费仅仅为 397.42 元，其中用于购买家庭健身器械的花费仅为 92.09 元 ，这说明我国家庭健身器械的市场消费水平非常低。而从国家人口总数和拥有家庭健身器械的比例来看，美国人口不到三亿，跑步机的销量达到 300 万台;韩国人口四千六百多万。跑步机的销量却达到 100 多万台;而中国拥有 13 亿人口，跑步机销量仅仅在 20 万台左右，跑步机在中国家庭的普及率不到百分之一。虽然近年来，由于人们对身体健康的重视，我国用于健身器械的消费有所增长，但相对于发达国家还是有不晓得差距。这些问题直接或间接的反映出我国在体育市场上还处于起步阶段，近年来健身器械的总销售额虽然增长较为缓慢，但这也预示着健身器械领域具有着巨大的前景。我国家庭健身器的发展如今主要存在着健身器械发展不成熟、有效需求不足的问题。随着对健身器械的不断研究，健身设备已经从当初很单调的那几样器材发展到现在数以百计的健身器械了。而且对健身器械的研究也越来越科学化，对科学的健身要求也越来越高了，不仅需要对人们运动时候带来安全，还要达到最大的运动效果，对人类身体的每部分结构和肌肉，都有专门研发的运动器材，来满足人们各种不同的需3求了。现在大部分的生活小区里都安置了常见的一些健身器械提供给人们锻炼使用。能够满足大部分人的健身需求。家用运动健身器械设计4第 3 章 健身运动的分析3.1 下肢锻炼的重要性腿部是许多动作的发力点，想要流畅地做出动作，就必须学会从下肢来发力，只有下肢拥有足够的力量，才能做到带动全身协调，腿部对运动锻炼、甚至日常生活都有明显帮助。腿部是人体最大的肌肉群，强壮的腿部更是稳固的根基，只有先做好腿部的锻炼，其他部位的锻炼就可以得到事半功倍的效果。3.3 健身车的特点使用健身车不仅能增强心肺功能，还能做到腿部肌肉的锻炼。可以锻炼到大腿正面的股四头肌，臀大肌（位于臀部） ，腿后肌（位于大腿背侧） ，以及小腿后肌（位于小腿背侧） 。健身车体积小巧，安装灵活，能够适应大部分的场所使用，这样的特点正好符合了大部分的健身爱好者的喜好。我设计的这款健身车,是让健身爱好者通过踩踏踏板，驱动脚踏板带动齿轮装置驱使车轮转动起来，达到锻炼的效果。因为本次设计的装置采用了齿轮变速的结构，所以可以调节人们踩踏脚踏板时候的力度，最大速度设计在二十公里每小时。因为简单的无变速设计的话，有很大的局限性，是比较单调的，无法满足人们的更多需要，所以才选用了齿轮变速的结构，来让人们可以使用不同的力度去踩踏，达到不同的锻炼效果。在刚开始启动健身踏板车的时候，因为空程有一点大，齿轮的转速也会有一点小，所以需要使用者踩踏一段时候，使车轮得到了一定的初速度之后，才能够踩动脚踏板来锻炼。然后在静止的时候直接踩踏脚踏板，是不能达到健身踏板车本身设计的锻炼效果的。5图 3.1 健身车结构图家用运动健身器械设计6第 4 章 健身车的设计计算与说明4.1 健身车可行性分析我设计的这款健身车采用了利用踏板的运动驱使齿轮传动，然后齿轮转动把齿轮的其他组合零件带动起来，再将动力传递给机构，机构再通过链条带动车轮转动，这样的一个过程来达健身的效果。对车轮的线速度的计算就应该这样计算，当车轮时速是二十公里每小时的时候：公式（4.1) =20=5.56后轮的转速（选择直径为 300 的轮子）公式（4.2)=2=5.56(23.140.15)=5.9取齿轮的转速 4=0.167总 传 动 比 公式（4.3)总 =4=35.4所以齿轮总体的传动比是 35.4，初步选择传动比分别是 3.3 还有 3.8，链条的传动比则就是 2.83。那么在这样的传动比的情况在，齿轮在单位时间每转动六十度，就能够确保车轮的线速度达到二十公里每小时的时速了。然后对动力的传递参数，这里选择使用者和健身踏板车的总质量是八十千克，车轮和地表面存在的摩擦系数为 0.1.后轮传递提供的功率 2。 公式（4.4） =0.180105.56=0.448其余各轴所传递的功率分别为公式（ 4.5）1=0.95=0.0480.95=0.468公式（4.6）2=10.92=0.4680.92=0.51公式（4.7）3=20.92=0.510.92=0.554通过上面的计算可知，使用者只需要对健身踏板车提供 0.55 千瓦的功率就可7以满足健身踏板车的运转了。4.2 健身车的要求随着我国的经济迅速的发展，城乡比例也在逐渐减少，更多的地皮被开发商开发作为经济发展使用了，那么人们的运动场所也就变得更加的少了。有一句话叫生命在于运动，运动场所减少直接影响人们的运动质量。这也是为什么健身器械会发展的越来越广泛的原因了。为了设计一款有创新的运动器材，应该要满足这些要求：1. 使用者在使用的时候，能够明显的感受到运动的乐趣，而且使用方法要简单容易操作，还一定的使用价值和美观。2. 运动器材应该接近全民健身这个理念，能够让下至小孩，上至老人都可方便的使用，还要能够保证使用者的安全。3. 运动器材用来运动的，那么就需要要求满足不同人群的运动量来设计，使一款健身设备可以满足不同人群的使用需求。这款健身车采用了利用脚踏板的运动驱使齿轮传动，然后齿轮转动把齿轮的其他组合零件带动起来，再将动力传递给机构，机构再通过机械原理的效果带动车轮转动，这样的一个过程来达健身的效果。4.3 健身车各部分的设计与计算这款健身车是利用多个机构的组合，根据机械运动原理来设计的，要能够使不同机构能够互相满足彼此的机构运动原理。4.3.1 车架的设计与计算车架也就是健身车的主体部分，通过车架来把各部分的零件按照设计要求严格的安装好。车架也是健身车里体积结构最大的一部分零件，所以对车架进行设计的时候，对车架的外观形状和材料都有一定的要求，要让设计的车架重量比较轻，才可以满足灵活性的要求。对车架的材料选材也要参考材料性能和使用强度来综合选择一款能够满足健身车使用的材料才可以。通过查阅相关的设计资料后，我打算选择铸铁结构的材料来制作车架，呈现T 型的横截面设计。这样的设计结构方面来说是比较简单的，能够比较容易的被加工出来，不需要投入太多的成本去研发生产。虽然我选择的铸铁属于脆性的一种，对抗拉强度的要求不是很好，但是铸铁的塑性条件是比较好的，健身车在使家用运动健身器械设计8用的时候主要受力是来自使用者对健身车的压力，铸铁的抗压强度能够保证使用者在使用健身车有效承受使用者的压力，车架不容易发生变形。之后再通过相关的计算来校核该材料的强度是否满足健身车的使用要求，再根据结果来进行优化改善。在设计车架的时候还要考虑内部变速机构的零件的安装，不允许对变速机构运动时候发生一些干涉影响使用效果和减少使用寿命。在尽可能的情况下将车架体积设计在最小范围内，保证车架整体的美观效果和重量。图 4.1 车架结构图车架的长度为 1m，宽为 0.28m，主要承受使用者和机构的重量，使用材料力学的相关知识和公式来进行计算，计算结果如下：该模型计算可看为 T 型截面铸铁梁的载荷强度的计算，材料抗拉许用应力为，抗压许用应力为 ，截面对形心轴的惯性矩为=30 =160，且 ，则=7634 |1|=26最大正弯矩在支撑杆处，即车架的正中间部位，最大压应力作用于上边缘各点 =6000.5=300公式（4.8）=2 =3000.26763(102)4=10.22106=10.22最大拉应力作用于下边缘各点公式（4.9）=1 =3000.44763(102)4=17.3106=17.39最大拉应力与最大压应力均小于许用应力，所以车架的强度满足要求。4.3.2 动力装置本次设计的健身车的最重要的地方就是齿轮之间的配合传动了。对齿轮传动也有很多的方案，我在这里根据我设计的健身车的实用性和生产成本的控制前提在，选择了踏板和齿轮的装配配合，这样直接对脚踏板的踩踏将动力传递给齿轮，齿轮再传递给变速机构来达到健身车的完整运动效果。而在踏板和齿轮的装配中我选择了使用棘轮来进行动力传递，棘轮机构由摇杆，棘爪，棘轮和止动爪等组成。使用棘轮机构可以使踏板在进行往复运动时，棘轮可以进行单向运动。棘轮机构的结构简单，运动可靠。这里涉及的齿轮变速机构有两级，第一级是踏板带动齿轮转动，把动力传递给相关的齿轮配合件，然后通过啮合的作用控制转动轴在一个方向的正常转动。第二级就是输入轴上面的大齿轮将动力传送到小齿轮上，因为大小齿轮传动比的因素，使使用者在使用健身车的时候，达到调速的作用。齿轮传动系统如图：图 4.2 齿轮传动系统图各级齿轮的校核如下：第 I 级齿轮校核在上文里对健身车的使用功率有了计算结果可知功率比较小，所以对齿轮的硬度要求不会特别高，只需要将加工的齿轮进行一下时效处理使齿轮的硬度在240HBS 左右，就可以满足受力要求了。根据使用的情况可知对齿面的精度选择IT7 的精度等级就可以了。大齿轮的齿数选择 Z1=90，则小齿轮齿数，取 Z2=27。然后查阅机械设计手册里的相关参数，将2=1=903.3=27大小齿轮按照软齿面不对称形式进行安装，取齿宽系数 =1.0由公式 公式（ 4.1012.32311()2家用运动健身器械设计10）试选 =1.5大齿轮的转矩 公 式 （ 4.11)1=9.551060.1811.33查表得出材料系数 =189.812按齿面硬度查表得 1 =600 2 =560查表得接触疲劳寿命系数 1=0.902=0.95确定许用接触应力公式（4.12)1=1 1 =0.90600=540公式(4.13)2=2 2 =0.95560=532取 =2公式(4.14)12.32311()2带入数据求得 1=178.8取分度圆直径 1=180取 大 齿 轮 的 模 数公式(4.15)=11=18090=2小 齿 轮 分 度 圆 直 径 为公式(4.16)2=2=227=54校核齿根的弯曲强度：根据公式 公式(4.17)=21213大 小 齿 轮 弯 曲 疲 劳 强 度 取 1 =24011 2 =220取弯曲疲劳寿命系数 1=0.882=0.90取 定 弯 曲 疲 劳 安 全 系 数 ，应 力 修 正 系 数 ，得=1.4 =2.0公式(4.18)1=1 1=2400.882/1.4公式(4.19)2=2 2=2200.902/1.4查 表 得 1=2.622=2.221=1.592=1.77校 核 计 算 公式2=21.51.521051.027223 2.221.77=30.722（ 4.20）故弯曲疲劳强度足够。 第 II 级齿轮校核在上文里对健身车的使用功率有了计算结果可知功率比较小，所以对齿轮的硬度要求不会特别高，只需要将加工的齿轮进行一下时效处理使齿轮的硬度在240HBS 左右，就可以满足受力要求了。根据使用的情况可知对齿面的精度选择IT7 的精度等级就可以了。然后查阅机械设计手册里的相关参数，大齿轮的齿数取 ， 小齿轮的数 ，所以齿轮的齿数选择1=85 2=1=853.8=22.4，按照软齿面齿轮不对称形式进行安装，取齿宽系数2=23 =1.0由 公 式 公式( 4.21)12.32311()2家用运动健身器械设计12选 =1.5大 齿 轮 的 转 矩公式(4.22)1=9.55106 0.4685.9/2.560=3.16104查 表 得 出 材 料 系 数 =189.812按 齿 面 硬 度 查 表 得 1 =600 2 =560查表得接触疲劳寿命系数 1=1.152=1.25确定许用接触应力公式(4.23)1=1 1 =1.15600=690公式(4.24)2=2 2 =1.25560=700取 =1公式(4.25)12.32311()2带入数据求得 1=170大齿轮的模数公式(4.26)=11=17085=2取模数 =2小 齿 轮 分 度 圆 直 径 为公式(4.27)1=1=223=46校核齿根弯曲强度：由公式 公式(4.28)=2121313大 小 齿 轮 弯 曲 疲 劳 强 度 取 1 =240 2 =220查图取弯曲疲劳寿命系数 1=0.912=0.98取 定 弯 曲 疲 劳 安 全 系 数 ，应 力 修 正 系 数 ，得=1.4 =2.0公式(4.29)1=1 1 =2400.9121.4=312公式(4.30)2=2 12 =2200.9821.4=308查 表 得 1=2.762=2.201=1.562=1.78校 核 计 算公式（ 4.31） 2=21.53.461041.023223 2.761.56=10.562故弯曲疲劳强度足够。齿轮的一些参数汇总：第一级齿轮配合的参数如下：小齿轮的模数 ，压力角选择的 20，小齿轮的齿顶高系数是 1，小齿=2轮的齿数是 27,中心距是 117。对小齿轮的尺寸精度要求是径向跳动的公差为0.05，法线的长度公差 0.028 大齿轮的模数 ，压力角选择的也是 20的，大齿轮的齿顶高系数是=21，大齿轮的齿数是 90,中心距是 117。对大齿轮的尺寸精度要求是径向跳动的公差为 0.056，法线的长度公差 0.036 对大齿轮的跨齿数为 10 。第二级齿轮配合的参数如下：小齿轮的模数 ，压力角选择的 20，小齿轮的齿顶高系数是 1，小齿=2轮的齿数是 23,中心距是 107.5。对小齿轮的尺寸精度要求是径向跳动的公差为0.05，公法线的长度公差就需要在正的 0.028 范围内才可以。家用运动健身器械设计14大齿轮的模数 ，压力角选择的也是 20的，大齿轮的齿顶高系数是=21，大齿轮的齿数是 85,中心距是 107.5。对大齿轮的尺寸精度要求是径向跳动的公差为 0.056，法线的长度公差 0.036，跨齿数为 10。4.3.3 其余辅助装置的设计计算1.链 轮 的 设 计 计 算在我设计的这款健身车工作的时候，因为是采用的链轮与链条的啮合从而达到动力的传递效果，所以可以保证传动比的准确性，对齿轮的传动尺寸要求也是需要尽可能的紧凑一点，张紧力不需要特别的大，而且这样的结构对轴的载荷也挺小的，却能够拥有很大的承载能力。但是也有缺点，那就是在使用者使用健身车很快速的运动的时候，齿轮之间不能十分的稳定，会有一些噪音干扰使用者的体验效果，所以不适合在速度快慢变化频率比较快的情况在使用，需要温和一点的使用才行，这也就是将健身车的最大速度控制在二十公里每小时的原因了。小齿轮的齿数 ，大齿轮齿数 ，取大齿轮1=13 2=1=132.83=36.79的齿数 ，定中心距为 277，运用计算如下公式算得运用计算如下公式算得。2=37式=20+1+22 +0(212)2=227719.05+13+382 +19.05277(37132)2=54.67(4.32)选 择 链 结 数 为 54， 根 据 相 关 手 册 选 择 链 的 型 号 为 。08154查 表 得 =1.0=0.846=0.95=1.00= = 10.44480.8460.951=0.553= 11601000=5.9601712.7601000 =1.274/15所 以 链 条 的 速 度 为 1.274m/s公式( 4.33)=4(1+22)+(1+22)8(122)2=377.34对 轴 的 压 力公式(4 .34) =1.2=1.21000 =1.210000.44481.274=418.96静 强 度 校 核公式( 4.35)= =1138001418.96满 足 强 度 要 求大 链 轮 的 参 数 计 算 ：= sin(180 )= 12.7sin(18037)=149.4公式=+1.251=149.4+1.2512.77.95=165.28（4.36）=+(1-1.6)1=149.4+(11.637)12.77.95=153.6取 =150=1=149.47.95=141.45确 定 ，这是由轴确定的。25kdm=+6+0.01=9.5+256+0.0117.97=15.06其 中 k 为 常 数家用运动健身器械设计16轮 毂 长 度=3.3=3.315=49.5=2.6=2.615=39取 =50轮 毂 直 径 =+2=25+30=55齿宽 =0.931=0.937.95=7.4小 链 轮 的 参 数 计 算 ：= sin(180 )= 12.7sin(18013)=52.9=+1.251=52.9+1.2512.77.95=60.825=+(1-1.6)1=52.9+(11.613)12.77.95=56.09取 =59 =1=62.97.95=54.95确定 =20查表得 =4.8=+6+0.01=4.8+206+0.0169.12=9轮 毂 长 度 =3.3=3.39=29.7=2.6=2.69=23.4取 =25轮 毂 直 径 =+2=20+18=38齿宽 =0.931=0.937.95=7.42.车 轮 与 车 架 的 连 接对车轮和车架体之间装配的时候，是设计要求车轮在车架的固定情况下要能17够稳定的运转，不允许出现车轮相对车体发生晃动的情况发生，为了预防这样 的情况发生，在对车轮安装在车架上时候，特别选用了套筒来对车轮固定。在安装的时候，车轮和轮架首先是通过轴来装配，然后在轴的首尾两端分别装配一个螺母来锁紧，然后再用螺母把车轮的轮架固定在车架上，并且一定要在轮架里面安装套筒，来保全车轮快速运动的时候防止发生晃动的现象。3.输 入 轴 与 输 出 轴 的 校 核在设计对健身车合适的传动轴的时候，需要对轴的结构和受力分析这两个方面来通过计算得到合适的取值和结构，使之满足要求。在对轴的结构进行设计的时候，需要对轴安装在车架上的位置和个零件之间装配的结构来综合考虑才可以，然后再对轴的强度与刚度这两方面着手计算并且校核。我对设计的轴的材料选择 45 号碳钢来完成，45 号碳钢在经过时效处理之后的材料力学性能各方面都是可以满足健身车的使用要求的。设计的这个轴的尺寸方面已经基本确定了现在对他的强度来进行一下计算看看能否满足要求。轴的强度校合对轴进行强度的计算时候，有三种方法来检验，分别是切应力的计算分析，弯曲应力的计算分析和安全系数的计算分析。因为采用切应力的方式来计算比较简单，只要对轴的转矩计算结果，就可以了。我这里就对轴的切应力进行一下计算：=9.551060.23 由 此 可 以 得 到 轴 的 基 本 直 径039.551060.2 =3输出轴的最小直径公式(4.37)1311=1030.4685.92.560=15.34考虑到轴上有键槽取 1=20输入轴的最小直径公式(4.38)23322=103 0.515.9(2.54.3)60=21.55家用运动健身器械设计18考虑到轴上有键槽取 2=25式中 -轴 的 扭 剪 应 力 （MPa）T-轴 传 动 的 功 率 （kW）P-轴 的 转 速 （r/min）n-轴 的 直 径 （mm）d-轴 传 递 的 转 矩 （N.mm）T-轴 的 抗 扭 剖 面 系 数 ，W3()m其 中 实 心 圆 轴 =3160.23-许 用 扭 剪 应 力 （MPa） ，见 下 表TC-